某核电厂热水回流沟衔接段结构抗震分析

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摘要：本文运用动力时程反应分析方法，针对某百万千瓦级核电厂，利用FLAC3D对其取水隧洞与热水回流沟衔接段结构进行了抗震分析。针对该结构的受力特点，开展具体的地震响应分析，绘制衬砌内力包络图。计算得出的规律可为类似工程抗震分析提供依据。

关键词：隧洞 加速度 抗震分析 内力 包络图

文献标识码：A

1、引言

近年来，随着地下结构震害的频繁发生，地下结构抗震问题日益受到世界各国地震工作者的高度重视。随着计算机和计算理论的发展，以动力有限元法为代表的数值方法应运而生，它避免了以上理论的缺陷，为各种复杂情况下地下结构抗震特性的全面深入研究提供了有力武器。

笔者采用功能强大的非线性有限差分软件FLAC3D进行数值模拟，在不同地质和回填条件下针对某百万千瓦级核电厂取水隧洞和热水回流沟衔接段作了三维地震反应分析，在此基础上绘制衬砌内力包络图，并研究衔接段混凝土结构的内力变化规律，为结构抗震设计提供依据。

2、工程概况

该核电厂核电机组一期工程采用“一机一洞”的取水方式，根据工程需要，需在隧洞出口与PX泵房间前池闸门井间增加一道热水回流沟。用来融化冰屑的热水通过热水回流沟，经隧洞顶部预留孔进入取水隧洞，随后进入PX泵房前池闸门井。鉴于取水隧洞为核安全相关的Ⅰ类抗震物项，热水回流沟与隧洞衔接段又位于隧洞出口部位，一部分位于原状岩体内，一部分位于回填土内，而且在洞顶预留了2m×2m的洞，需专门对该段取水隧洞进行抗震分析。

3、衔接段抗震分析模型的建立

3.1模型的建立

在三维分析模型中，左右取5倍隧洞洞径，基岩深度自隧洞底部向下取50m作为计算范围。模型宽135m，长76m，高82m。计算时模型底部设为粘性边界，两侧采用能量透射边界。

模型中岩体和混凝土采用六面体单元，本构模型采用摩尔-库仑弹塑性模型，采用空单元模型模拟隧洞的开挖。采用FLAC提供的CABLE单元模拟系统锚索和锚钉。

3.2地震波和计算参数的选取

场地基岩输入采用核电地震安评厂址地震波，地震动持时25秒，地震动时程曲线如图1。

图1场址地震波时程曲线

图2截面控制点部位布置图

根据该核电厂《地震安全性评价复核报告》以及中国地震局审核批准文件，对应零周期的场地基岩极限安全水平地震动参数SL-2取值为0.18g。取水隧洞与热水回流沟衔接段抗震分析计算参数根据该核电厂《施工图设计阶段地质详勘报告》取值。C35混凝土弹性模量取用31.5GPa。

4、地震响应分析

由于本项目计算工况较多，给出围岩为片麻岩时，考虑在实测地应力下和SL1地震动作用下，衔接段结构的内力分布。选取控制截面如图2所示。需要指明的是在地震响应分析结果中给出的为各个控制点内力时程的峰值，以此作为基础，绘制衬砌内力包络图。

工况1：高外水压力＋内水压力

从图3中可以看出，控制截面最大弯矩267.8kNm，最大轴力4833kN，最大剪力693.6kN；

图3控制截面内力包络图

工况2：高外水压力＋内水压力+温度荷载(内外温差度)

从图4中可以看出，控制截面最大弯矩485.4kNm，最大轴力5348.2kN，最大剪力823.8kN；

图4控制截面内力包络图

从以上图的对比情况可以看出：在相同的荷载效应组合情况下，温度的改变对内力的影响较为显著，随着隧洞内水温的升高，衔接段内力显著增大；温度荷载不仅显著改变了隧洞和热水回流沟衔接段的内力大小，而且改变了某些部位的内力方向。

5、结语

利用FLAC3D对某核电厂取水隧洞与热水回流沟衔接段结构进行了抗震分析，详细讨论了利用FLAC3D进行隧洞动力分析的关键性问题，针对该场地的岩质特征和该结构的受力特点，开展具体的地震响应分析，绘制衬砌内力包络图。结果表明在相同的荷载效应组合情况下，温度的改变对内力的影响较为显著；温度荷载不仅显著改变了隧洞和热水回流沟衔接段的内力大小，而且改变了某些部位的内力方向。该成果对类似地下工程抗震设计具有一定的参考价值和指导意义。

参考文献：

[1]核电厂抗震设计规范[M].北京：国家地震局,1997.